【正文】 試（SPWM）是從電源角度出發(fā)，著眼于如何生成一個變頻變壓的正弦電壓源；電壓空間矢量控制（SVPWM）源于交流電機的變頻調(diào)速驅(qū)動，著眼與如何控制三相逆變器的功率開關(guān)動作來改變施加在電機上的端電壓，使電機內(nèi)部形成盡可能圓形的磁場；電流滯環(huán)控制PWM則著眼于如何在負載中生成一個變頻邊復制的正弦電流源。不難推出其它區(qū)間的調(diào)制算法完全相同 。因此可以用零矢量來調(diào)節(jié)作用時間，以使、矢量作用產(chǎn)生的磁鏈的角速度正好等于。以扇區(qū)為例，用基本矢量和的線性組合合成區(qū)間的，和作用時間之和小于開關(guān)周期，不足的時間用“零矢量”補齊，根據(jù)等效伏秒平衡原則，于是有： （）式中為相位角。因此SVPWM的關(guān)鍵是在每個扇區(qū)中找到一個，其幅值恒定為，以角速度旋轉(zhuǎn)。同理，其余的區(qū)間也用同樣的方法去合成磁鏈增矢量時，可得到近似理想圓形磁鏈圓。176。電角度區(qū)間，每區(qū)間內(nèi)的磁鏈增矢量（）應選用與其夾角最?。∟=6時夾角為60176。三段逼近磁鏈跟蹤算法是由兩種實際磁鏈矢量分三段來合成磁鏈增矢量，用以改善實際磁鏈軌跡接近圓形的程度。由于三相電壓源型逆變器輸出電壓及其相應磁鏈只有六種有效矢量，采用單一電壓矢量形成所需磁鏈增矢量會使實際磁鏈軌跡偏離理想磁鏈圓。設(shè)時刻磁鏈空間矢量為，時刻磁鏈空間矢量為，它應看作是在的基礎(chǔ)上疊加由相關(guān)電壓空間矢量在時間內(nèi)所形成的磁鏈增矢量的結(jié)果，即 （）式中。由于它間接控制了電機的旋轉(zhuǎn)磁場，所以也可稱作磁鏈跟蹤（或磁鏈軌跡）控制的PWM逆變器。這樣，在一個周期內(nèi)逆變器的開關(guān)狀態(tài)就要超過6個，而有些開關(guān)狀態(tài)會出現(xiàn)多次。如果想獲得更多多邊形或逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就必須有更多的逆變器件控制模式進行改造，PWM控制顯然可以適合這個要求。 六階梯波逆變器的電壓空間矢量及磁鏈增矢量常規(guī)六拍逆變器供電的異步電機只產(chǎn)生正六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場，顯然這不利于電機的勻速旋轉(zhuǎn)。依此類推，可知磁鏈矢量的頂端運動軌跡也是一個正六邊形。逆變器進入第二個期間，電壓空間矢量，按（）式，可寫作 （）此處是、…、的廣義表示。對于這個關(guān)系，可進一步說明如下。至于111與000這兩個無意義的工作狀態(tài)，可分別冠以和，并稱之位零矢量，它們的幅值為0，也無相位，可認為它們坐落在六邊形的中心點上。隨著逆變器工作狀態(tài)的不斷切換，電機電壓空間矢量的相位也作相應的變化。設(shè)逆變器的工作周期從100狀態(tài)開始，其電壓空間矢量與軸同方向，它所存在的時間為。 三相PWM逆變器——異步電動機原理圖 逆變器的8種工作狀態(tài)逆變器狀態(tài)向量41006110201030111001510171110000對于每一個有效的工作狀態(tài)，相電壓都可用一個合成空間矢量表示，這六種狀態(tài)的幅值相等，只是相位不同而已。當用、表示三相逆變器的開關(guān)狀態(tài)時，由于、各有0（表示相應的下橋臂導通）或1（表示相應的上橋臂導通）兩種狀態(tài)，因此整個三相逆變器共有開關(guān)狀態(tài)（）。為了簡單起見，A、B、C相6個開關(guān)器件都用開關(guān)量表示，分別為、。這樣，電機旋轉(zhuǎn)磁場的形狀問題就可以轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量運動軌跡的形狀問題。由（）式和（）式可得 （）由（）式可見，當磁鏈幅值一定是，的大小與成正比，其方向為磁鏈圓形軌跡的切線方向。在由三相平衡正弦電壓供電時，電機定子磁鏈空間矢量為 （）式中，為的幅值，為其旋轉(zhuǎn)角速度。用公式表示，則有 （）同理，可以定義電流和磁鏈的空間矢量和。三相定子相電壓、分別加在三相繞組上，可以定義三個電壓空間矢量為、它們的方向始終在各相軸線上，而大小則隨時間按正弦規(guī)律作脈動式變化，時間相位互差120176。所謂電壓空間矢量是按照電壓所加繞組的空間位置來定義的。因此，可以吧逆變器和異步電機視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場來控制PWM電壓，這樣的控制方式就叫做“磁鏈跟蹤控制”。SVPWM實質(zhì)是一種基于空間矢量在三相正弦波中注入了零序分量的調(diào)制波進行規(guī)則采樣的一種變形SPWM，是具有更低的開關(guān)損耗的SPWM改進型方法，是一種優(yōu)化的PWM方法，能明顯減少逆變器輸出電流的諧波成分及電機的諧波損耗，降低電機的脈動轉(zhuǎn)矩，且SVPWM其物理概念清晰，控制算法簡單，數(shù)字化實現(xiàn)非常方便，故目前有替代傳統(tǒng)SPWM法的趨勢。并且，由于SVPWM有多種調(diào)制方式， 所以SVPWM控制方式可以通過改變其調(diào)制方式來減少逆變器功率器件開關(guān)次數(shù)，從而降低功率器件的開關(guān)損耗，提高控制性能。具體地說，它是以三相對稱正弦波電壓供電下三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為基準，由三相逆變器不同開關(guān)模式下所形成的實際磁鏈矢量來追蹤基準磁鏈圓，在追蹤的過程中，逆變器的開關(guān)模式作適當?shù)那袚Q，從而形成PWM波。80年代中期，德國學者H．W．Van Der Broek等在交流電機調(diào)速中提出了磁鏈軌跡控制的思想，在此基礎(chǔ)上進～步發(fā)展產(chǎn)生了電壓空間矢量脈寬調(diào)制(Space—Vector Pulse—Width Modulation，簡寫為SVPWM)的概念。而且，傳統(tǒng)的高頻三角波與調(diào)制波比較生成PWM波的方式適合模擬電路，不適應于現(xiàn)代化電力電子技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展趨勢。并且SPWM逆變器是基于調(diào)節(jié)脈沖寬度和間隔來實現(xiàn)接近于正弦波的輸出電流，這種調(diào)節(jié)會產(chǎn)生菜些高次諧波分量，引起電機發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動過大甚至會造起系統(tǒng)振蕩。常規(guī)SPWM法已被廣泛地應用于逆變器中，然而常規(guī)SPWM不能充分利用饋電給逆變器的直流電壓，逆變器最大相電壓基波幅值與逆變器直流電壓比值為，即逆變器輸出相電壓峰值最大為，直流利用率低。則有輸出相電壓的基波幅值： ()輸出線電壓的基波幅值： （）輸出線電壓的基波有效值： （）所以三相SPWM逆變電路直流電壓利用率。類似地分析得知、與一樣都是單極性脈波電壓而且互差120176。同樣的分析可知線電壓、與一樣也都是單極性脈波電壓，且互差120176。因此三相橋式逆變電壓型逆變器任何時刻都有三個開關(guān)管同時被驅(qū)動導通，由此可畫出線電壓及負載星形聯(lián)結(jié)時負載相電壓等的波形，例如在、三管導通期間。同理也是一個雙極性電壓，比滯后240176。同理當時，導通，為正脈波電壓；當時，截止，導通，為負脈波電壓。，與載波電壓相比較，當時，導通，為正脈波電壓；當時，截止，導通，為負脈波電壓。但本論文主要是通過SPWM和電壓矢量控制PWM（SVPWM）的對比和研究，而SVPWM主要是控制三相異步電機的控制方式，采用的都是三相電路仿真，所以要在同一個電路中比較兩種控制方式的優(yōu)劣，必須說明三相SPWM。在高的頻段采用較低的，使載波頻率不致過高，在低的頻段采用較高的，使載波頻率不致過低。為了克服上述缺點，可以采用分段同步調(diào)制的方法。為使一相的PWM波正負半周鏡對稱，應取奇數(shù)?；就秸{(diào)制方式，變化時不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。因此，在采用異步調(diào)制方式時，希望采用較高的載波頻率，以使在信號波頻率較高時仍能保持較大的載波比。在信號波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后周期的脈沖也不對稱。 異步調(diào)制和同步調(diào)制 異步調(diào)制異步調(diào)制——載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。為此定義與之比為調(diào)制度，即 (3. 9)在理想情況下，值可在0~1之間變化，以調(diào)整逆變器輸出電壓的大小。在脈寬調(diào)制時，若為偶數(shù)，調(diào)制信號的峰值與三角載波相交的地方恰好是一個脈沖的間歇。值應受到下列條件的制約： (3. 8)()式中的分母實際上就是SPWM逆變器的最高輸出頻率。定義載波頻率與參考調(diào)制波頻率之比為載波比（carrier ratio），即 (3. 7)相對于前述SPWM波形半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)來說，應該有。取而代之的是全控型器件，如電力晶體管（BJT開關(guān)頻率可達1~5）、可關(guān)斷晶閘管（GTO開關(guān)頻率為1~2）、功率場效應管（PMOSFET開關(guān)頻率可達50）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT開關(guān)頻率可達20）等。但是，功率開關(guān)器件本身的開關(guān)功能是有限的；因此在應用脈寬調(diào)制技術(shù)是必然要受到一定條件的制約，這主要表現(xiàn)在以下兩個方面。一般來說，單極性PWM調(diào)制方式產(chǎn)生的諧波較小，但是難于實現(xiàn)，在本論文中只討論雙極性PWM調(diào)制方式。可以看出，單相橋式電路既可以采取單極性調(diào)制，也可以采用雙極性調(diào)制，由于對開關(guān)器件通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。即當時，給和以導通信號，給和以關(guān)斷信號，這時如，則和導通，如，則和通，不管哪種情況都是輸出電壓。仍然在調(diào)制信號和載波信號的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。采用雙極性控制方式時，在的半個周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負，所得到的PWM波也是有正有負。這樣，就得到了SPWM波形。在的正半周，保持通態(tài)，保持斷態(tài)，當時使導通，關(guān)斷，；當時使關(guān)斷，導通。調(diào)制信號為正弦波，載波在的正半周為正極性的三角波，在的五班周為負極性的三角波。同樣，在的負半周，讓保持通態(tài)，保持斷態(tài)，和交替通態(tài)，負載電壓可以得到和零兩種電平。在負載電流為負的區(qū)間，仍為和導通，因為負，故實際上從和流過，仍有；關(guān)斷，開通后，從和續(xù)流。具體規(guī)律如下：在輸出電壓（即為）的正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負。 PWM的調(diào)制方式和相關(guān)術(shù)語 單極性（Unipolar）PWM調(diào)制與雙極性（Bipolar）PWM調(diào)制載波（三角波）在調(diào)制波半個周期內(nèi)只在一個方向變化，所得到的PWM波形也只在一個方向變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。換句話說，只要對逆變電路的開關(guān)器件進行實時、適式的通斷控制，使每個脈波的平均電壓、脈波寬度或占空比按()、()式的正弦規(guī)律變化，則逆變電路輸出的多脈波電壓就能與正弦電壓等效。即： ()即： ()